云计算架构研究

陆 红

(北京信息职业技术学院 计算机技术研究所，北京 100018)

一 引言

云计算是一种基于互联网的、大众参与的计算模式，其计算资源(计算能力、存储能力、交互能力)是动态、可伸缩、且被虚拟化的，以服务的方式提供。云计算是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)混合演进并跃升的结果。

二 云计算架构

云架构通过虚拟化、标准化和自动化的方式有机地整合了云中的硬件和软件资源，并通过网络将云中的服务交付给用户。

平台层(PaaS)介于基础设施层和应用层之间，它是具有通用性和可复用性的软件资源的集合，为云应用提供了开发、运行、管理和监控的环境。平台层是优化的“云中间件”，能够更好地满足云的应用在可伸缩性、可用性和安全性等方面的要求。

应用层(SaaS)是云上应用软件的集合，这些应用构建在基础设施层提供的资源和平台层提供的环境之上，通过网络交付给用户。云应用种类繁多，既可以是受群体庞大的标准应用，也可以是定制的服务应用，还可以是用户开发的多元应用。

三 云计算架构基本组成

在搭建云计算系统时，需要搭建以下系统:虚拟化平台、云计算管理平台和云计算监控系统。虚拟化平台负责将硬件物理服务器虚拟成为多个虚拟服务器，从而实现服务器虚拟化。云计算管理平台主要负责实现云用户注册、管理、资源申请、监控、释放等功能，对整个云计算平台能够实现统一的管理与资源分配规划。云计算监控系统实现对云中操作系统的管理和监控、升级等功能。由此可以看出云计算平台搭建时，必须进行三个步骤:服务器虚拟化、云计算管理、云计算监控。

服务器虚拟化是云计算平台的最核心部分，所有云计算平台中的功能及子系统都是依赖于服务器云来实现的。它既包括硬件服务器和底层操作系统部分，同时又包括云计算平台中的虚拟机超级监督器功能，是运行虚拟系统/功能服务器系统的底层基础平台。

通过云计算平台管理软件，实现所有服务器整合为一个统一的云计算服务器平台，抽象出统一的硬件资源，包括cpu资源池、memory资源池、network资源池、storage资源池，任意云都可以按需在统一资源池中获得硬件资源并运行。通过将所有的服务器进行虚拟化形成服务器云。

四 云计算管理与监控平台

云计算管理中通过云计算平台实现云用户注册、管理、资源申请、监控、释放等功能，同时担负着统计、计费等作用，是云计算中最重要的一个组成部分。

1.计算资源管理

在对物理机的管理中，提供服务器基本信息、与服务器相关的资源数量和属性信息的查询和管理，支持服务器运行状态和性能故障的监控，支持通过IPMI等标准协议对服务器进行远程开关机等操作。数据中心可将物理机作为用户可申请的资源，帮助用户运行那些不能在虚拟机上运行的应用系统。

提供对基于不同虚拟化系统的虚拟机的统一管理，支持的虚拟化系统应包括 VMware ESX、Citrix XenServer、Redhat/CentOS Xen/KVM、MS HyperV、Oracle VM、Suse Xen、Sun Container/LDOM等，并且其开放的架构可快速提供对新的虚拟化系统的支持。

提供的虚拟机管理包括基本信息管理、监控管理、部署调度管理、虚拟机生命周期管理等功能，支持虚拟机基本信息的获取、运行状态的监控、虚拟机的动态部署、虚拟机的开机/关机/重启/挂起/恢复/删除等操作。

根据脱氧乌头碱的加热研究结果表明，由于其与乌头碱都为C19二萜生物碱，结构相似，故二者的水解途径类似，脱氧乌头碱在加热的过程中，主要有去氧乌头次碱、去氧乌头原碱和焦去氧乌头碱这几种产物，在此过程中，脱氧乌头碱易先水解为去氧乌头次碱，再分解为去氧乌头原碱，该成分没有紫外吸收，在色谱图中没有显示，在质谱图中能够检测到。

2.存储资源管理

通过存储设备提供的接口实现对存储类资源的管理，将多个存储设备的资源整合在一起并抽象化，对外提供整体的出口和存储空间管理，让它看上去如同一个资源。

存储资源池可以由含有虚拟化能力的存储设备(如分布式文件系统、虚拟化存储)来承建。通过存储设备提供的接口，提供存储类资源的容量管理，支持对挂载到虚拟机的存储容量的划分、管理。

可以从外部存储资源(如SAN、NAS)创建存储区域，在创建虚拟机时将存储区域加载至虚拟机，并指定虚拟机的磁盘大小。支持为多个基于Xen或基于KVM的Hypervisor创建共享存储，用于存放在这些Hypervisor上创建的虚拟机文件和虚拟机模板。

3.运营管理

(1)资源分组和容量统计

为不同类型的资源划分资源组，管理员可向资源组中添加资源。为了方便资源状态的查看和管理，当资源被添加到资源池中后，可以从门户上查看到相关资源的数量、关键属性和可用状态。

(2)资源统一监控与管理

提供对虚拟机的故障和性能监控，包括虚拟机启停状态、虚拟机名称、虚拟机IP地址、CPU利用率、内存利用率、负载、磁盘使用量、所属的物理服务器、所属用户、所属的服务实例(包括服务实例的名称、版本号)等;并支持虚拟机的开机/关机/重启/挂起/恢复/删除等操作。

为最终用户提供对自己的服务实例的监控，监控内容包括实例的启停状态、实例相关资源的运行状态和性能指标、实例运行过程中的日志和告警信息、实例的有效期等。

(3)异常事件与告警管理

为了及时发现并处理异常事件，提供监控告警功能，运维人员可基于图形界面设定告警事件定义和监控处理规则，当发生告警事件时可自动触发日志记录、邮件通知、资源自动迁移等动作。

事件监控展现了系统中所有的事件情况，包括事件发生的时间、详细信息和事件严重程度。方便管理员及时了解系统的运行情况，对系统的异常和故障进行及时的排查和处理。

［1］Foster I，Zhao Yong，Raicu I，et al(2008)，Cloud computing and grid computing 360－degree compared［C］//Proceedings of the IEEE Grid Computing Environments Workshop(GCE’08).Austin，TX，USA:IEEE，2008:1 －10.

［2］Germain － Renaud C，Rana O F(2009)，The convergence of clouds，grids，and autonomics［J］.IEEE Internet Computing，2009，13(6):9.

［3］Nick Lippis(2009)，Cloud Computing Drives New Networking Requirements［R］.The Lippis Report，2009.

［4］Mell P，Grance T(2009)，Draft NIST Working Definition of Cloud Computing［R］.NIST，2009.

［5］Adam Meissner(2011)，Experimental analysis of some computation rules in a simple parallel reasoning system for the ALC description logic.Applied Mathematics and Computer Science 2011，21(1):83 －95

［6］Sanjay G，Gobioff H，Leung S T(20030，The Google File System［C］//Proc.of the 19th ACM Symposium on Operating Systems Princi － ples. Bolton Landing， USA: ［s.n.］，2003.

［7］陈全(2009)云计算及其关键技术［J］.计算机应用，2009，29(9):2562 －2567.

［8］张以文，倪志伟，王 力，等(2010)基于Web服务架构的动态虚拟企业伙伴选择［J］.计算机工程.2010，36(24):18－20

［9］杨晓东，陆松，牟胜梅.并行计算体系结构技术与分析［M］.北京:科学出版社，2009